Физиология растений презентация

о функциях, отправлениях организма.
2. Совокупность жизненных процессов, происходящих в организме и его органах.
3. перен. Грубая чувственность (разг.)

БЭС: Физиология (от греч. physis – природа и ...логия), наука о жизнедеятельности целого организма и его отд. частей – клеток, органов, функциональных систем. Ф. изучает механизмы разл. функций живого организма (рост, размножение, дыхание и др.), их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивид. развития особи.

Китайский язык: - жизнь, логика, познание.

Учебник ФР (Либберт): Физиология – учение о протекающих в живой материи процессах. Предмет физиологии – функции живых существ, их органов.

Учебник ФР (Полевой): Ф. - наука о функциональной активности организмов

生 理 学

подходы. NB – оставить объект живым.
спектральные (в том числе с использованием витальных красителей)
генетические (исследование мутантов, дефектных по определенному признаку; весьма эффективны генно-инженерные подходы – например, «нокаут» гена)
модели ( культура клеток, математическое моделирование)
использование достижений наук «низлежащих уровней иерархии»
Жизнь принципиально непознаваема, поскольку необходимость оставить объект живим позволяет ему скрыть от исследователя самые сокровенные тайны… Нильс Бор

Иерархия познавательных (естественно-научных) исследований
Что происходит – классическая ботаника, зоология, фитохимия
Как происходит – теория эволюции, генетика, биохимия
И зачем все это – физиология
«Только физиолог может позволить себе роскошь задать вопрос – а зачем?»
Б.А.Кудряшов

Бережное отношение
к азоту
Метамерное строение, другой тип симметрии
Стадийность развития, зависимое от внешних условий (например, закладка репродуктивных органов)
Постоянный рост
Особенности эмбрионального развития
Расселение зачатками. Семя – особая структура – растение в миниатюре и упаковке
Специфичная стратегия устойчивости
(дублирование функций, мультифункциональность)
Механизмы устойчивости – на морфологическом или биохимическом уровне (вторичный метаболизм)

Клетка:
Три генома; их взаимодействие
Клеточная стенка: другая стратегия водного обмена, обмена информацией
Пластиды: фабрики «горячих производств»
Вакуоли: многоцелевые органеллы

Стратегия существования:
«жить согласно с окружающей средой».

- 10% поверхности земли, 1/3 от площади континентов. Но при этом они составляют 80 – 90% биомассы земли (биомасса животных – 1,5 – 2% от биомассы растений).
В год связывается 300 – 400 млрд. тонн СО2 , на долю океана приходится 30-35%, континентов – 65-70%.
Полный оборот СО2 – всего 300 лет.

Политические аспекты
Рамочная Конвенция ООН, Киотский протокол – контроль за соотношением CО2 ↓ / СО2 ↑ на территории разных стран. При соотношении меньше единицы – надо платить, если больше единицы - можно заработать
По мнению ряда ученых, Россию лишили потенциальных доходов от использования ее «поглотительного ресурса». При расчетах по методологии Киотского протокола «недоучтенная» разница поглотительного ресурса лесов России - 41 млн. т С в год. По ценам Европейского «углеродного рынка» это около 1.23 млрд. US$ в год в период 2008-2012гг.
К этому можно добавить неучет 14 млрд. т сокращений выбросов СО2 за период 1990-2007гг Плюс неучет поглотительного баланса территорий России - 0,868 млрд. т С в год, -
Итого, по оценкам ряда экспертов, начиная с 1995г. (начало переговоров по Киотскому протоколу) Россия ежегодно теряет около 36.4 млрд. US$

Экономические, этические и другие аспекты.
Научные основы современного растениеводства. Растительная биотехнология. Получение и физиологические характеристика трансгенных растений. Опасность их выращивания и использования. Сохранение генофонда. Etc.и etc…

не может ни создаваться, ни исчезать. Энергия вселенной постоянна
Второй закон. Энтропия Вселенной всегда возрастает. Существует общая тенденция к увеличению хаоса и беспорядка
Третий закон. Энтропия равна нулю лишь для совершенного кристалла при температуре абсолютного нуля

Первый закон. Вы не можете выиграть

Второй закон. Вы не можете остаться «при своих»

Третий закон. Вы не можете не участвовать в игре

= ΔG + TΔS
(второй закон термодинамики), E- полная энергия системы,
H – свободная энтальпия, G – свободная энергия Гиббса,
Т – абсолютная температура, S – энтропия
Для самопроизвольных реакций → ΔG < 0
Для синтеза упорядоченных структур → ΔG > 0

Живые системы – весьма упорядоченные образования!

Решение проблемы - сопряжение реакций (за все надо платить!) :

Реакция 1: А + В → С ΔG > 0 («реакция интереса»)
Реакция 2: X + Y → Z ΔG < 0 ( «оплата» )
----------------------------------------------
∑ ΔG < 0
Реакцию 2 («оплату») полезно унифицировать – это гидролиз АТФ:
АТФ + Н2О = АДФ + Фн

моль или 7,0 ккал / моль

[АТФ] ΔG (ккал/моль) ΔG (кДж/моль)
рН=0 1/1 1М - 5,6 - 23,5 ΔG0
рН=7 1/1 1М - 7,0 - 29,4 ΔG0’
рН=7 10/1 0,01М - 9,0 - 37,8
рН=7 100/1 0,001М - 14,0 - 58,8

1 ккал = 4.2 кДж.

деньги лежат?)

“Элементарно, Ватсон !”:
Реакция 1: АДФ + ФН → АТФ ΔG > 0 «реакция интереса»
Реакция 2: А → В + С ΔG < 0 «оплата»
-----------------------------
∑ ΔG < 0
Реакция 2 – это окисление восстановленных молекул.
ΔG0 = - nFΔE0 где n – число молей e- (NA = 6.02 ×1023)
F – число Фарадея, 96 487 кл/моль.
ΔE = 1.0v ≈ 100 кДж/моль
Реакцию 2 тоже полезно унифицировать – это окисление НАДН:
НАДН + Н2О + 1/2О2 = НАД+ + Н+ + 2ОН- ΔE ≈ 1.0v
ΔE окисления НАДН также можно регулировать ее концентрацией - уравнение Нернста

лошадки» Red-Ox реакций в клетке.

Eо’ = - 0,32 v

за счет окисления восстановленных соединений - например:
сахарозы – в цитозоле (гликолиз): пирувата и ацетил-СоА – в митохондриях:

H H H OH
| | | |
H–C–H H–C–OH C = O C = O O = C = O
| | | |
H H H H

Метан Метанол Форм- Муравьиная Углекислый газ
(спирт) альдегид кислота (диоксид)

════════════════════>
Увеличение степени окисленности

<════════════════════
Увеличение запаса энергии в молекуле

Red-Ox-пара Eо’, v
Пируват/ацетат + СО2 - 0,70
α-кетоглутарат/сукцинат + СО2 - 0,67
Н+ / 1/2Н2 - 0,42
НАДФ+/ НАДФН + Н+ - 0,32
НАД+/ НАДН + Н+ - 0,32
Пируват/ лактат - 0,19
Оксалоацетат/ малат - 0,17
Фумарат/ сукцинат + 0,03
Дегидроаскорбат/ аскорбат + 0,08
1/2 О2 / Н2О + 0,82

митохондриях для восстановления НАДН

Кофермент А - универсальный переносчик и “активатор” ацильных групп
O
||
СоА-SH + CH3СOOH ↔ CoA-S~C-CH3 + Н2О.

Окисляемый углеводный компонент тоже полезно унифицировать…

Пантетеин (пантоевая к-та + β-аланин + цистеамин) + АДФ-3Ф

энергии – на мембране. Что-то вроде конденсатора, но гораздо лучше…

Градиент электрохимического
потенциала протонов на мембране

ΔμН = FΔφ + RTln [H+]p/[H+]n

+ + + + + + + + ΔμН = FΔφ - RTΔpH

Δφ Δp = Δφ – 0.06ΔpH
протон-движущая сила
– – – – – – – –


Δφ - электрическая

Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ составляющая

ΔрН ΔрН - химическая
составляющая
Н+ Н+

1ед. ΔрН = 60mV =
5,7 кДж/моль = 1.4ккал/моль

→
12CO2 + 48H+ + 48e-

12O2 +48H+ + 48e- →
24H2O

С12H22O11 + 12O2 →
12CO2 + 11H2O
60АDP + 60Pi →
60ATP + 60 H2O

2е- + 2Н+

Eо’: от 0,0 до +0,10 V
(в связанном виде – до -0,3 V)
в среднем – около 0 V

ферментов: перенос 2е- + 2Н+

Eo : от -0,5 до +0,2 V
в зависимости от белка,
стабилизации кольца, резонанса

– 0,42V (Fd)
до + 0,35V
(Fe-S бел. Риске)

(cyt b6)
до +0,55 V (cyt a3)

Cyt b

Cyt с

Cyt а

НАДН → ФП (ФМН) → FeS (min 5шт) → UQ(пул) →
-0,32v -(0,3 – 0,1)v -(0,37-0,02)v 0v
→ цит b → FeS → цит с1 → цит с → цит а-а3 → О2
0.1v 0,28v 0,22v 0,25v 0,29-0,55v 0,82v

«голенище»:
Флавопротеин -3 белка 51, 24 и 10 kDa, содержат
ФМН, 2 2Fe2S-центра (N1)
Железопротеин – 6 белков
75, 49, 30, 18, 15 13 kDa,
3 4Fe4S-центра (N3, N4)
II субкомплекс «подошва»:
4Fe4S-центр (N2).
Кодирование:
в ядре – 7 белков - Fp, Ip
в m-геноме – 7 белков

ΔЕ = -0,32v – 0v ≈ 0,3v

– 3 белка:
Cyt b (2 гема bL и bH), 45kDa
FeS-белок (2Fe2S), 21,5kDa
Cyt c1, 27kDa, 240а-к

E0’: bL -0,04v, bH +0,04v, FeS-белок +0,28v, Cyt c1 +0,22v, Cyt c +0,25v

1,5нм

5,5нм

4,5нм

Межмембранное пространство

Матрикс

об этом позже…)

Межмембранное
пространство

Матрикс

ΔЕ = 0 - 0,25v = 0,25v

в m-геноме:
I - 57, II - 26 и III - 30kDa, 9 небольших белков ядерного кодирования.
4 Red-Ox центра: два гема а (a и a3) и два Cu-центра: СuА (2атома) и CuВ.
Гемы и CuB – на I белке, CuA – на II.

ΔЕ =
0,25v - 0,82v
≈ 0.55v

4 субъединицы
SDH1, 67kDa, FAD,
SDH2, 28kDa, 3FeS центра
SDH3, 20kDa, гем cytb560
SDH4, 16.5kDa

Зачем нужен комплекс II ?
Вход е- в ЭТЦ от соединений с разным
уровнем запаса энергии:
Eоэ фумарат/сукцикат +0,03v - для работы комплекса I не хватает…
Но передать электроны на убихинон – вполне..

У ряда водорослей и печеночников 3 субъединицы кодируются в геноме митохондрий.

е-

Подвижные переносчики:
Убихиноны – их много («пул убихинонов»)
2. Цитохром с – 104 ак. Локализован с наружной стороны внутренней
мембраны. Гем ковалентно связан с белком (через cys14 и cys17)

Примерная стехиометрия: 1 комплекс I : 3 bc1 : 7 aa3 : 9 cyt c : 50 UQ

- 56, γ - 36
δ - 17.5, ε - 13,5kDa
F0: а (I), 15kDa,
b (II), 12.5kDa
c (III), 8kDa
а:b:с – 1:2:(6-15)

α , β, ε субъединицы F1
и субъединица а (I) F0 кодируются в митохондриальном геноме.

– закрыт («напряжен» - tight),
L – полуоткрыт («высвобождающийся» - loose)

Вращательная энергия γ-субъединицы нужна для «выталкивания»
АТФ из активного центра β-субъединицы